13.4:

13.4: Синтения и эволюция

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Synteny and Evolution

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Previous Video

13.3: Phylogenetic Trees

Next Video

13.5: Multi-species Conserved Sequences

3,164 Views

•

02:31 min

•

April 07, 2021

Overview

Джон Х. Ренвик впервые ввел термин «синтения» в 1971 году, который относится к генам, присутствующим на одних и тех же хромосомах, даже если они генетически не связаны. Виды с общим происхождением, как правило, демонстрируют консервативные синтенические области. Таким образом, понятие синтении в настоящее время используется для описания эволюционных отношений между видами.

Около 80 миллионов лет назад линии человека и мышей разошлись от общего предка. В ходе эволюции предковая хромосома претерпела несколько перестроек, поломок и слияний, чтобы эволюционировать в хромосомы мышей и человека. Например, потребовалось около 180 событий разрыва и воссоединения хромосом для эволюции хромосом предков в хромосомы человека и мыши. Тем не менее, несколько участков хромосом как у мышей, так и у человека сохранили общий порядок генов или синтению. Например, более 510 000 пар оснований 12-й хромосомы мыши имеют общие синтенические блоки с 14-й хромосомой человека. В будущем, когда эволюционное расстояние между двумя видами будет увеличиваться, количество событий разрыва и воссоединения хромосом будет увеличиваться, а синтения будет уменьшаться.

Кариотип предков приматов

Основываясь на родственных связях и анализе последовательности ДНК, ученые предсказали кариотип всех предков приматов. Синтения между людьми и другими приматами, такими как шимпанзе, гориллы и другие современные виды приматов, показывает, что человеческие хромосомы происходят от предковых хромосом в результате нескольких событий разрыва и воссоединения хромосом. Такие масштабные хромосомные перестройки случаются редко, например, раз в 5 миллионов лет. Но когда бы они ни происходили, они, скорее всего, приведут к эволюции нового вида. Сравнение хромосом человека с предполагаемым кариотипом предков приматов показывает несколько хромосомных перестроек. Например, слияние предковых хромосом 9 и 11 образовало хромосому человека 2; или реципрокная транслокация предковых хромосом 14 и 21 привела к эволюции 12 и 22 хромосом человека.

Transcript

Синтения в классических терминах относится к генам, присутствующим на одной хромосоме, как бусины на одной нитке.

Например, рассмотрим вид X, у которого гены A, B и C присутствуют на одной хромосоме. Эти гены считаются синтеническими у вида X.

Затем рассмотрим другой вид, Y, с аллелями A1, B1 и C1 на другой хромосоме. Эти гены также считаются синтеническими у вида Y.

С эволюционной точки зрения, синтения относится к явлению колокализации генов на хромосоме двух или более различных видов.

Таким образом, гены A и A1, B и B1 и C и C1 представляют собой синтению между двумя видами, X и Y.

Кроме того, гены, присутствующие в общих хромосомных областях у двух или более видов, такие как гены А, В и С, представляют собой консервативный синтенический сегмент или консервативные синтенические блоки.

В ходе эволюции виды претерпевают случайные мутации, выживают в естественном отборе и эволюционируют в несколько линий, сохраняя при этом в основном консервативные синтенические блоки на многих хромосомах.

Например, около 85 миллионов лет назад у людей и землероек был общий предок млекопитающих. Даже после миллионов лет расхождения несколько генов, присутствующих на длинном плече 10-й хромосомы человека и 16-й хромосоме древесной землеройки, демонстрируют консервативную синтению в некоторых областях.

Это указывает на то, что хромосома предков млекопитающих эволюционировала в хромосому 16 у древесной землеройки, а также в длинное плечо хромосомы 10 у человека.

Основываясь на анализе синтении и данных ДНК высокого разрешения всех известных современных приматов, ученые предложили кариотип для общего предка всех этих видов.

Совпадающие цвета, показанные в хромосомах человека и предков, указывают на консервативные синтенические блоки и предковые хромосомы, из которых развились человеческие хромосомы.

Эти предковые хромосомы претерпели несколько раундов хромосомной перестройки, слияния или поломки, способствуя разнообразию и видообразованию в современных видах приматов.